大跨度钢箱梁拖拉安装施工工法.pdf
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1、第 1 页大跨度钢箱梁拖拉安装施工工法 1 前言1 前言 随着国家高速公路网的发展,通过数据统计 2000 年以来钢结构桥梁发展很快,数量迅速增加,且以立交桥和跨线桥居多,随着中国钢材产量的提高,钢结构加工与制造技术的发展,钢桥的建造数量在不断增加,钢箱梁因其抗扭性能好、施工速度快、施工可减少对交通的影响等优点受到越来越多的桥梁工程师的青睐和关注。在特殊地形及已有构筑物影响的条件下采用整体拖拉施工是一种新型的施工工艺,该工艺对构筑物的影响小,且施工周期短,而且能够一次整体拖拉到位,过程中再无其他高空作业内容,施工安全风险小,与吊装施工相比更显示出其优越性。通过成立课题组,进行技术攻关,总结了一
2、套钢箱梁拖拉施工技术,并形成了施工工法,同时,在技术、经济方面取得了一定的效益,获得了各方的好评。本工法的关键技术经中国公路建设行业协会鉴定,技术水平达到国内先进水平,获得中国公路建设行业协会科技创新成果三等奖。2 工法特点2 工法特点 2.1 操作空间要求不高。采用反力支架及导梁拖拉过跨,不需要连续支架,对桥下净空要求不高。2.2 无需配重。利用前导梁和钢箱梁自身的刚度进行配重,不需要在尾部采用其他措施进行配重,安全风险小。2.3 对环境影响小。不影响既有的运营高速公路,交通导改协调工作量少。2.4 操作简单。钢箱梁在达到一定高度的情况下,采用工字钢垫梁进行交替落梁的施工工艺,此工艺在落梁过
3、程中安全、稳定,施工工序简单,易于操作。3 适用范围3 适用范围 本工法适用于多层立交不中断交通、地形条件限制无法使用满铺支架进行施钢箱梁安装的情况。第 2 页4 4 工艺原理工艺原理 大跨度钢箱梁拖拉安装施工的控制点是要保证梁体整体拼装焊接完成,前端设置导梁且靠梁体自身刚度配重拖拉过跨。钢箱梁拖拉依靠梁下采用反力支架支撑,要求支架有足够承载力、稳定性、并能抵抗水平分力;梁体底部及反力支架顶部设置滑枕,采用 200T 连续拖拉千斤拖拉,使钢箱梁靠导梁与自身配重拖拉过跨。5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 图 5.1 施工流程图 反力支架设计反力支架拼装、
4、搭设支架验收汽车吊、梁段运输车上桥梁段拼接(焊接、高强螺栓施拧)拖拉设备安装拖拉设备调试、验收拖拉施工桥梁轴线、高程调整拆除临时支架安装落梁千斤顶液压泵站同时落梁落梁支座板安装梁段就位拆除落梁支架及设备第 3 页5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 根据施工技术方案,准备相应人员、机械设备、反力支架、钢导梁、滑枕、千斤顶等材料,梁段拖拉前,做好焊缝、螺栓扭力等各项检测工作,确保各指标达到规范要求,以保证跨越既有运营高速的安全性等。5.2.2 测量放样 基础放样:根据设计图所确定的反力支架坐标控制点进行放样,一般放出支架位置,圆心位置用小木桩标记,并保护所作标记。胎架放样:根据钢箱梁厂内制作节
5、段,在现场已有场地上放出梁体轴线及胎架布置具体位置进行实地放样,用红油漆做好标记。5.2.3 反力支架基础施工 根据设计的扩大基础尺寸及平面位置,进行基础施工,基础施工要严格按设计要求进行,基础开挖至满足承载力要求的岩层上,通过岩层植筋与基础有效连接,防止基础滑移。在施工过程中提前精确定位好地脚螺栓预埋的位置,以保证反力支架钢管中心位置。5.2.4 反力支架施工 根据现场已浇筑完成的基础顶标高及反力支架设计顶标高确定支架高度,首先采用吊车配合人工进行支架下部结构安装,其次进行顶部结构分配梁及滑枕的安装,安装过程中必须保证反力支架的竖直度,顶部结构安装标高必须按照拖拉到位时钢箱梁底板的标高进行控
6、制。滑枕安装时要求所有横向相邻滑枕的高程一致,滑枕安装前必须调整水平,保证拖拉过程中箱梁、滑板、滑枕板之间均为面接触。图 5.2.4-1 反力支架安装 第 4 页 图 5.2.4-2 反力支架顶部结构安装 5.2.5 钢导梁拼装 钢导梁按施工方案要求在厂内分节段制造,现场通过吊车配合人工拼装焊接并与梁段形成整体,导梁与钢梁腹板、底板连接处必须采用熔透焊对接方式连接。导梁与主梁的焊缝焊接完成后,必须进行无损探伤检测。图 5.2.5 钢导梁焊接 5.2.6 钢箱梁拼装(1)钢箱梁拼装胎架施工 钢箱梁按照厂内制作节段,拼装焊接相应组数的胎架,胎架采用双拼工字钢(2I40b),其双拼工字钢之间必须使用
7、 288*400*16 钢板进行横向连接,以保证双拼工字钢的稳定性。支点采用325mm 钢管,钢管顶面设置 350*350 钢板。(2)钢箱梁梁段拼装 钢箱梁拼装首先从导梁开始拼装焊接,过程中按照梁段编号依次拼装焊接,拼装前必须对梁段轴线再次放样复核,钢箱梁拼装完成进行焊接和螺栓施拧,其中焊接和螺栓施拧两种第 5 页工艺必须进行检测,同时需对整体梁段预拱度进行检查。吊拼应根据梁段重量选择合适的汽车吊,以满足吊装工况。图 5.2.6-1 钢箱梁现场拼装 图 5.2.6-2 钢箱梁现场拼装 图 5.2.6-3 钢箱梁现场拼装(3)钢箱梁拼装精度控制 1)、梁段拼装高程调整:初步调整采用切割钢管墩来
8、减小胎架高度,精确调整采用钢垫板来调整胎架整体高度。第 6 页 图 5.2.6-4 切割槽型口降低横梁高度 图 5.2.6-5 增加钢板垫板增加胎架高度 2)、梁段横向调节 钢箱梁位于拼装胎架上采用汽车吊进行横向位置的初步调整,梁段大体就位后(横向偏差 20mm 以内),采用千斤顶进行横向位置调节,因梁段横向移动时与横梁产生相对滑动,因此要求横梁与钢梁接触区域打磨光顺,避免钢箱梁局部损伤,横向位置调节时横梁需加设反力架。图 5.2.6-6 梁段拼装横向调节 3)、梁段纵向调节 梁段纵向调节采用千斤顶与手拉葫芦配合调节的方式。梁段拼装完成后自检几何尺寸均满足设计及规范要求。第 7 页 图 5.2
9、.6-7 梁段纵向调整实照图 5.2.7 钢箱梁梁段拖拉系统施工(1)拖拉系统的选用与位置设置 钢箱梁半幅重量约 550t,四氟乙烯滑板与不锈钢钢板的滑动摩擦系数 0.04,静摩擦系数约为 0.08。根据拖拉力的大小及现有设备情况,主梁单幅拖拉采用 2 台 200t 连续拖拉千斤顶,单台千斤顶可提供 2000kN 水平拉力,每个千斤顶配 4 根15.2mm 预应力钢铰线。反力支架与永久支墩通过钢丝绳(或其他措施)连成整体,钢箱梁脱离混凝土桥面前永久现浇梁提供部分支反力。在钢箱梁底部后端安装后锚点,另在墩位处的反力支架上安装连续拖拉千斤顶,千斤顶正常拖拉速度约为 200mm/min,千斤顶底座采
10、用型钢加工,底座后固定在钢管支架上,由钢管支架提供支反力,反力座必须牢固,保证足以克服拖拉时的支反力,钢绞线通过锚具夹片固定于后锚块上,后锚块焊接于钢箱梁尾端底部,千斤顶每拖拉一个行程必须停止,调整位置后继续拖拉,周而复始直至钢箱梁拖拉就位。(2)后锚点设置 后锚点布置在钢箱梁尾部,反力座腹板在与底板加劲对应位置焊接规定,在横桥向分别以对称中心线对称布置两台,同时在钢箱梁尾部设置备用后锚反力座,每个反力座通过 4 根15.2mm 的钢绞线与连续千斤顶构成传力系统,钢绞线通过固定锚具支撑在后锚座上。后锚座焊接完成后必须经过焊缝检测合格后方可使用。第 8 页 图 5.2.7-1 后锚反力支座(3)
11、下滑枕结构安装施工 下滑枕为 3I56b 型钢,将顶面盖板割除并将端部切割成圆弧倒角,重新焊接一块盖板。盖板顶部焊接不锈钢板。滑枕侧面设置横向限位装置,以避免钢箱梁在拖拉过程中横向偏位太大。图 5.2.7-2 滑枕实照图 滑枕安装时要求所有横向相邻滑枕的高程一致,滑枕安装前必须调整水平,保证拖拉过程中箱梁、滑板、滑枕板之间均为面接触,滑枕安装时计算出滑道顶标高,进行测量精确控制,四角要求平整度偏差小于 2mm。滑枕顶敷设不锈钢板,其上铺四氟乙烯滑板,每个滑枕配置 5 块滑板,单块尺寸为150 x300 x10mm,确保滑动面上始终有 3 块滑板。拖拉时滑板与钢箱梁相对静止,钢箱梁带着滑板在不锈
12、钢板上滑动,通过不断在摩擦面间喂塞滑板,使钢箱梁顺利滑移,滑道面可涂硅脂,以减小摩擦系数,塞滑板位置共 24 个,一个人负责两个点位,及时塞滑板,如有情况及时与主控联系。第 9 页 图 5.2.7-3 滑枕上的四氟滑板(4)钢箱梁拖拉施工 支架搭设后调整标高,两端拼装及拖拉设备调试,自动连续拖拉系统主要由自动连续拖拉千斤顶自动连续液压泵站、主控台、行程开关和柔性拉杆(钢绞线)等组成。自动连续拖拉千斤顶由 2 台穿心式千斤顶纵向串联而成。千斤顶、液压泵站试车,各项技术指标应满足要求后,安装耳板、插销,穿钢绞线,上锚具夹片,启动液压泵站,千斤顶进行拖拉工作,千斤顶拖拉速度为 150mm/min。钢
13、梁在行进过程中需及时进行横向偏位纠正,当导梁端头过孔接近前方钢梁时,停止拖拉,等待钢梁梁体温度均衡。当钢梁梁体温度均衡,继续拖拉,至导梁端头处于下滑道位置上方时,停止拖拉,顶起导梁,置入下滑道,落下导梁,使导梁搁置在下滑道顶面,继续拖拉至设计里程。前导梁与临时支墩刚接触时,钢箱梁重心距离千斤顶 13m,下挠值为 170mm。第 10 页 图 5.2.7-4 梁段拖拉实照图 (5)钢箱梁拖拉抄垫施工 根据设计文件要求确定钢箱梁的预拱度,钢箱梁预拱度在梁段拼装焊接时设置,因此需要在拖拉的过程中,通过滑枕底部抄垫的方式来解决预拱度引起的支点高度的变化。钢箱梁拖拉过程中,逐渐与滑枕脱空,为确保滑枕始终
14、与箱梁接触传力,需要行走一段距离,启动千斤顶,顶起滑枕,在滑枕与底座之间垫预制好的钢垫块。拖拉过程垫钢垫块为过程控制,塞滑板人员负责观察,如果滑板与箱梁有松动,则需要停止拖拉,顶起滑枕下千斤顶,在滑枕下面顶垫钢垫块,始终保持钢梁与滑块接触。第 11 页 图 5.2.7-5 拖拉过程中抄垫钢板实照图 (6)钢箱梁拖拉中线偏位控制 在已拼装完成的钢箱梁顶面设置测量观测点,在地面固定三角点安置全站仪,在拖拉的过程中跟踪测量出钢箱梁中线偏差,拖拉过程采用两组千斤顶同时进行,梁段前进过程中当出现轴线偏差时,可采用单点拖拉方式调整轴向偏差。横向纠偏千斤顶布置在临时支架 RL2 和临时支架 RL3 顶部。在
15、横桥向分别以对称中心线对称布置两台,若在顶进过程中,因为横向偏位出现卡顿的现象,可启用横向纠偏千斤顶进行横向调整。调整为过程控制,拖拉过程中 2 名监控人员用直尺测量,测量钢梁地板边缘位置与限位块的距离,如果距离5cm,测量人员需用全站仪进行实际线性测量,测量后纠偏。图 5.2.7-6 反力架上横向纠偏千斤顶布置图 图 5.2.7-7 反力架上横向纠偏千斤顶实照图 第 12 页 图 5.2.7-8 滑枕上横向限位挡块 图 5.2.7-9 钢箱梁底板边缘与限位挡块距离量测 5.2.8 钢箱梁 3.81m 高度落梁施工 (1)落梁设备选用 落梁采用 12 台 100t 双作用千斤顶,行程 200m
16、m,系统压力 70MPa,带液压锁,千斤顶本体高度 332mm,外径 165mm,每 2 台千斤顶配 1 台泵站。6,7#墩顶分别配置一套 PLC 控制系统。同步性能:液压系统配备了竖向位移传感器,通过 PLC 控制系统控制 6 台千斤顶的落梁同步性,使千斤顶的落梁位移误差在 5mm 以内,并可随时检查每个点的位置和压力。图 5.2.8-1 CLRG 系列落梁千斤顶 第 13 页 图 5.2.8-2 液压泵站和 PLC 集成系统 落梁支架位于混凝土永久墩盖梁上,单侧盖梁布置 6 台 100t 落梁千斤顶,通过垫梁、液压系统和控制系统的配合使用。落梁高度达到约 3.81m,落梁支架底层为 40b
17、 工字钢,主要受力节点采用双拼 I18 工字钢,辅助受力节点采用单根 I18 工字钢,横纵向的垫梁的每个交叉点采用 4 个12mm C 级普通螺栓连接,由此可确保垫梁之间不会产生错动。横向双拼工字钢长度方向采用螺栓连接,千斤顶倒用时逐步拆除,保证千斤顶位于支架层间节点位置。图 5.2.8-3 落梁支架立面图 图 5.2.8-4 落梁支架效果图 图 5.2.8-5 落梁支架实照图 第 14 页(2)钢箱梁落梁施工 支座安装:钢箱梁支座在钢箱梁落梁支架安装前进行安装。安装过程中确保支座安装平整度及支座滑动方向。落梁施工:落梁过程控制人员 6 名,监控人员 2 名,技术人员 1 名,安全人员 1 名
18、,拆卸工字钢人员 12 名。落梁过程中每个班组配备一台对讲机,每组人员拆除过程中要及时沟通。步骤 1:按照安装方案要求提前在 6,7 号墩盖梁上搭设落梁支架系统,并安装落梁千斤顶。千斤顶下方设置 20mm 垫板,当钢箱梁拖拉到位后,启动落梁千斤顶,将钢箱梁顶起20-50mm,然后拆除临时墩。步骤 2:千斤顶下降并卸载,使钢箱梁落到中间的横向工字钢垫梁上。步骤 3:拆除节点位置双拼工字钢的螺栓连接,使用人工搬抬的方式移动千斤顶,放至下一层垫梁上。第 15 页 步骤 4:千斤顶顶升,梁段升高 12mm,拆除一层垫梁,并使用上层横向较短的单根工字钢 1 代替下层横向较长工字钢 2。步骤 5:千斤顶下
19、降并卸载,将梁段置于纵向工字钢垫梁上。步骤 6:拆除千斤顶下方纵向垫梁,搬抬千斤顶至下一层。第 16 页 步骤 7:千斤顶顶升,梁段升高 12mm,拆除一层垫梁,回到步骤一状态。千斤顶降程并卸载,梁段落于垫梁上,此时钢箱梁累计下落 360mm(3810-3450),重复操作(步骤 2-7)10 次,梁段下落到位。支座连接:步骤 1:落梁千斤顶倒用至最后一层 40b 工字钢后,先将两侧 40b 工字钢换成 18 工字钢,由于存在高度差,更换工字钢后千斤顶下方架设 40mm 垫板。第 17 页步骤 2:千斤顶顶升,拆除一层垫梁,梁段下落。步骤 3:拆除千斤顶垫梁,千斤顶置于混凝土盖梁上。步骤 4:
20、千斤顶顶升,拆除所有垫梁,梁段落于支座上,钢箱梁与支座垫板进行焊接。6 6 材料与设备材料与设备 以半幅 65m 跨径钢箱梁施工过程为例。该工法采用的主要机具、设备、仪器如下表所示:表 6 主要机具、设备、仪器清单 序号序号 设备名称设备名称 型号规格型号规格 数量数量 备注备注 1 汽车吊 130 吨 1 2 CO2 气体保护焊机 台 5 梁段拼装 第 18 页3 电动扳手 台 2 4 气割枪 套 2 5 连续千斤顶 200 吨 2 套 6 滑枕 450*500*1400 60 7 MGE 滑板 300 8 后锚点锚具 4 9 导梁 3 组 10 液压泵站 1 台 11 PLC 分控制系统
21、1 套 12 PLC 集成控制系统 1 套 拖拉 13 落梁千斤顶 100 吨 12 台 14 液压泵站 4 台 15 PLC 分控制系统 4 套 16 PLC 集成控制系统 1 套 落梁 17 汽车吊机 50 吨 1 台 设备安装及拆除 18 控制总线电缆线 1500 米 19 液压管线 300 米 辅助 7 7 质量控制质量控制 所有进场材料必须是经过检验合格且符合国家强制性标准的材料。7.1 钢箱梁焊接质量控制 7.1.1 梁段间接缝为对接焊缝,是主要的传力焊缝,要求 100%熔透和 100%无损检测,钢箱梁焊接必须从考试合格的焊工中挑选有经验的高级焊工施焊。图 7.1.1-1 焊工现场
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